호주의 거대한 양자 프로젝트가 군대의 공포를 되살릴 수 있을까?

오늘날의 가장 강력한 암호를 깰 정도로 강력한 양자 컴퓨터의 유령은 수년 동안 군대를 괴롭혀왔다. 호주의 한 프로젝트가 2027년까지 군대의 공포를 되살릴 수도 있다.

이번 주 초, 호주 정부는, 실리콘 밸리 스타트업이 말하는 '세계 최초의 유틸리티 규모의 내결함성 양자 컴퓨터'를 개발하기 위해, 6억 2천만 달러 규모의 계약을 체결했다. 이 양자 컴퓨터는 브리즈번에 있는 건물 크기의 장치로, 개인 데이터와 국가 기밀을 보호하는 현대식 공개키 암호화 체계를 깨기에 충분히 강력할 수도 있다.

PsiQuantum의 최고 과학 책임자이자 공동 설립자인 Pete Shadbolt는 정부가 엄격하게 연구에 기반한 노력에서 벗어나 "단일 민간 양자 컴퓨팅 회사에 단일 베팅"을 한 드문 사례라고 말했다.

IBM은 한 대학 캠퍼스에 양자 컴퓨터를 설치한 지 얼마 되지 않아 이미 양자 컴퓨터가 존재하고 있다. 하지만 호주 정부의 도움으로 PsiQuantum은 일반 컴퓨터가 수백 년이 걸릴 신약 조합을 찾는 것과 같이 수학 집약적인 문제를 해결하겠다는 이 기술의 주장을 바탕으로 할 수 있는 최초의 컴퓨터를 만드는 것을 목표로 하고 있다.

그러나 양자 컴퓨팅이 이러한 약속을 잘 이행할 수 있는지 확인할 수 있는 유일한 방법은 연구 개발 안전망 없이 양자 컴퓨팅을 구축하는 것이라고 샤드볼트는 말했다.

"많은 사람들이 작은 양자 컴퓨터를 가지고 있습니다," 라고 그가 말했습니다. "그들은 과학적으로 흥미로운 작은 양자 컴퓨터를 가지고 있습니다. 하지만 이 분야의 일반적인 의견은 우리가 양자 컴퓨터의 공상과학과 같은 보상을 거두려면 정말 큰 컴퓨터가 필요하다는 것입니다."

"그리고 전부는 아니지만 대부분의 접근 방식에서는 데이터 센터나 고성능 컴퓨터처럼 보입니다. 벤치탑 실험이 아니라 건물 규모의 대규모 시설입니다."

PsiQuantum은 2027년까지 작동하는 오류 정정 양자 컴퓨터를 궁극적인 목표로 내년에 이 새로운 시설에 착공할 계획이다. 그러나 우선 양자 구조에 대해 더 많은 연구를 해야 하며 보다 효율적인 알고리즘과 응용 프로그램을 개발해야 한다고 Shadbolt는 말했다.

분석 회사인 인사이드 퀀텀 테크놀로지(Inside Quantum Technology)의 설립자이자 사장인 로렌스 가스먼(Lawrence Gasman)은 이 발표가 "양자 컴퓨팅이 무엇을 할 수 있는지에 대한 멋진 것들을 모두 듣기 때문에 큰 일이 될 수 있다"며 실질적인 결과에 대해서는 언급하지 않았다.

가장 큰 과제 중 하나는 양자 컴퓨팅의 구성 요소인 충분한 큐비트를 갖는 것이다.

"큐비트는 슬프고, 한심한 작은 것들이며, 어떤 물리적인 형태로도 오래 지속되지 않습니다. 따라서 여러분은 많은 통제가 필요합니다. 여러분이 원하는 것은 훨씬 더 많은 큐비트를 사용할 수 있도록 오류가 제어되는 큐비트입니다. 그리고 이것은 거의 틀림없이 현재 양자에서 가장 뜨거운 주제입니다"라고 가스먼은 말했습니다. "아마도 오류 수정에 대한 발표를 한 6개의 회사가 있을 것입니다."

가스먼은 PsiQuantum의 기술적 접근 방식은 광학 부품을 사용하는데, 이론적으로 원래 통신이나 데이터 통신을 위해 설계된 기성 부품을 사용할 수 있다고 말했다.

"저는 퀀텀 컴퓨팅을 하는 4가지 또는 5가지 실행 가능한 방법들 중에서, 광학 컴퓨팅이 약간 뒤쳐져 있다고 생각합니다. 잠재적으로, 그것은 매우 좋은 것이 될 수 있습니다"라고 가스먼은 말했다.

"제가 생각했던 것보다 실제 애플리케이션에 더 빨리 도달했습니다. 그리고 오류를 잘 수집할 수 있다면 더 빨리 도달할 수 있을 것이고, 그렇게 한다고 해도 놀랄 일은 아닙니다."

미국 정부는 국방부의 자금 지원을 받아 양자 컴퓨팅에 대비해야 한다고 경고해 왔는데, 여기에는 미국 국방고등연구계획국의 유틸리티 규모의 양자 컴퓨팅 프로그램이 포함되어 있다.

예산 문서에 따르면 국방부는 2025 회계연도에 6,930만 달러의 양자 응용 연구 개발 자금을 지원하기를 원한다. 백악관의 2024 예산 요청에 추가된 양자 초점 보고서에 따르면, 작년 예산 요청은 양자 기술이 "얼마나 빨리 영향을 미칠 수 있는지를 결정하는 정점"에 도달하고 있음을 강조했으며, 이를 따라가기 위해 미국은 필요한 공급망과 함께 기술을 빠르게 성숙시키고 시연하는 데 집중해야 한다고 강조했다.

인공지능과 양자 등 핵심 기술 분야에서 미국보다 앞선 중국이 먼저 기술에 접근해 되돌릴 수 없는 우위를 점할 수 있다는 우려도 커지고 있다.

데니스 맨디치 큐립 최고기술책임자는 "모든 컴퓨터와 지금까지 존재했던 모든 두뇌 파워는 단 두 개의 논리 큐비트를 가진 아주 작은 양자 컴퓨터에 비하면 아무것도 아니다"라며 이번 발표가 잠재적으로 역사의 흐름을 바꿀 수 있다고 지적했다.

"단 300개의 논리 큐비트만 있으면, 당신은 지금까지 존재했던 것보다 더 많은 컴퓨팅 능력을 갖게 되고, 만약 당신이 우주의 모든 원자를 슈퍼컴퓨터로 바꾼다면 존재할 수도 있을 것입니다."라고 CIA에서 수십 년간 근무했던 맨디치가 말했다.

큐비트는 불안정해서 계산을 하는 능력을 금방 상실하기 때문에 엄청난 양이 필요하다. 즉, 기계가 클수록 더 많은 물리적 큐비트를 사용하여 계산을 할 수 있다. 오류 수정 기술이 향상됨에 따라 시간이 지남에 따라 필요한 큐비트의 수는 결국 더 적어질 것이다. 기술적인 측면에서는 첫 번째 컴퓨터의 궤적과 마찬가지로 논리적 큐비트를 만드는 데 필요한 물리적 큐비트 수의 비율이 계속해서 줄어들 것임을 의미한다.

맨디치는 "IBM이 만든 초전도 양자 컴퓨터의 경우 하나의 논리적 큐비트를 만들기 위해 결국 100개 또는 10,000개의 물리적 큐비트가 될 수 있다. 하지만 그들 조차도 그것을 줄이고 있다"고 말했다.

하지만 양자는 단지 큐비트에 관한 것이 아니다. 이 기술은 또한 정보 기관들이 수년간 경고해온 디지털 보안에 실질적인 도전을 제기한다.

맨디치는 "왓츠앱을 통해 보내온 모든 메시지나 단 한 두 개의 알고리즘에 의해 보안이 확보된 것들… 양자 컴퓨터는 모든 메시지를 파괴할 수 있으며, 모든 디지털 애플리케이션에 대해 전 세계에서 동시에 모든 곳에서 파괴된다"고 말했다.

"그리고 미국이 이 경쟁에서 패배한다면, 특히 중국과 같은 나라에서, 그것을 가지고 있는 어떤 회사에게도 시장 우위를 극복할 수 없기 때문에, 그것은 정말 큰 일입니다. 그들은 제약 산업을 위한 신약 개발, 금융 산업 거래, 그리고 그 모든 것들을 위한 모든 경쟁에서 승리합니다. 그래서 그들은 우리의 모든 비밀 메시지, 우리의 모든 채팅, 모든 것을 읽고 우리를 노출할 수 있고, 그런 종류의 계산 능력으로 우리 산업의 거대한 부분을 추월할 수 있기 때문에 국가 안보이기도 합니다."

지금 당장은, 정부 전반에 걸친 계획들이 있더라도, 미국은 경쟁자들과 적들에 의한 양자 컴퓨터의 잠재적인 사용에 대해 방어할 준비가 되어 있지 않을 것이다.

예를 들어, 해병대는 초기의 미세 처리와 대량 계산 능력을 가지고 있다고, 화요일에 열린 현대 해병대 회의에서 해병대 정보 부사령관인 매튜 글래비 중장이 말했다.

글래비는 "그것의 힘을 진정으로 이해하는 것은 전투원으로서 우리의 최선의 이익이며, 그것은 강력하다"고 말했다. "우리는 여전히 대량 계산, 슈퍼컴퓨팅과 같은 것들을 할 수 있는 우리의 능력을 기반으로 [기술, 전술, 절차]에 기반한 우리의 미세 처리 능력이 얼마나 빠른지에 있다. 양자가 아니라 확실히 양자는 그것의 다음 단계이다."

해군은 "낡은 알고리즘들은 우리의 전투 시스템에서 벗어났으며" "양자 저항 소프트웨어를 갖추고 있다"고 확실히 하기 위해 노력해왔다. 따라서 우리는 그 상대가 그러한 능력을 갖게 되면, 그에 맞서 버틸 수 있다"고 사이버 국가임무단장인 로나 말록 소장이 화요일 말했다. "그리고 우리 모두는 우리가 지속할 수 있는 능력을 확실히 갖추기 위해 노력하고 있는 날짜가 있다."

2022년 국가안보 각서에 따르면 백악관은 미국 정부 시스템이 2035년까지 양자 저항 암호화로 전환되기를 원한다.

2027년까지 PsiQuantum이나 다른 회사가 양자 컴퓨터를 만드는 데 성공한다면 미국이 준비가 될 것이냐는 질문에 맨디치는 "우리가 준비가 될 가능성은 없다. 왜냐하면 새로운 암호학으로의 마지막 전환은 20년 이상 전에 시작되었기 때문이다. 우리는 그것을 끝내지도 못했다."